利用工业废料分解强效温室气体制冷剂

一个研究小组开发出一种利用难以处理的工业废物分解制冷剂(一种比二氧化碳强1,300倍的温室气体)的技术。

韩国能源研究院氢能融合材料实验室的RyiShin-kun博士团队成功开发出一种催化剂，该催化剂利用铝生产副产品“赤泥”这种工业废料。这种催化剂可以分解空调和冰箱等家用电器中常用的HFC-134a制冷剂，分解效率高达99%。

赤泥是从铝土矿中提取氧化铝后留下的工业副产品。它含有铁、铝、硅和其他元素的氧化物，使其呈红色。每年产生超过20万吨。

HFC-134a是HFC(氢氟碳化物)系列中的一种化合物，旨在取代CFC(氯氟碳化物)和HCFC(氢氯氟碳化物)等传统制冷剂。它主要用作冰箱和空调的制冷剂。HFC-134a的全球变暖潜能值(GWP)是二氧化碳的1,300倍。

每生产1吨铝，会产生约1至1.5吨的副产品赤泥。目前，赤泥大部分通过填埋或倾倒到湖泊中处理。由于赤泥的碱性和重金属含量高，因此会造成严重的土壤和水污染问题。

同时，空调和制冷系统中使用的制冷剂HFC-134a按照相关法律由废气处理公司处理。主要通过燃烧和等离子方法进行处理。然而，燃烧会产生氮氧化物等二次污染物，而使用等离子进行高温分解需要大量的能源和设备成本。此外，随着反应器尺寸的增加，效率会降低。因此，需要一种能够在低温下稳定消除制冷剂并尽量减少污染物产生的技术。

为了克服这些限制，研究团队开发了一种催化分解技术，与燃烧和等离子方法相比，该技术可以在较低的温度下运行。他们专注于这样一个事实：赤泥中的各种金属成分，如铁和铝，可以相互作用，形成一种强大而稳定的制冷剂分解催化剂。

赤泥具有多孔结构，单位质量的表面积大，热稳定性高，使反应物能够高效流动，抑制催化剂的物理和化学降解。此外，它为催化反应所必需的吸附、电迁移等界面现象创造了最佳环境，从而提高了催化剂的耐久性和活性。

为了进一步提升分解性能，研究团队采用简单的热处理工艺，诱导钙(Ca)、硅(Si)和铝(Al)成分相互作用，形成铝酸三钙(C3A)和钙铝石(C2S)复合材料。这些材料用于提高水泥强度，增强催化剂颗粒的结合力，增加反应表面积，从而提高分解性能。

此外，HFC-134a分解时产生的氟化氢(HF)与氧化钙(CaO)反应生成氟化钙(CaF2)，化学性质稳定的氟化钙在催化剂表面形成一层薄膜，起到保护膜的作用，防止催化剂失活，保护催化剂。

研究团队开发的催化剂表现出优异的制冷剂分解性能，在100小时内保持99%以上的高分解率。此外，在实验室规模下，通过简单的干燥和研磨工艺，它可以以每小时1公斤的速度生产，适合大规模生产。特别是，由于它是通过回收工业废料制成的，因此没有原材料成本，并且可以减少废物处理成本，同时可能产生额外收入。

研究负责人柳信君博士表示：“赤泥是一种强碱性物质，如果进入周围环境会造成严重的环境污染，但目前还没有合适的技术对其进行处理和回收利用。此次开发的催化剂制造技术不仅可以回收废弃物以减少环境污染，还可以有效分解温室效应较强的制冷剂，性能优异。”